陶瓷壓力傳感器：壓力傳感器發展的大勢所趨
發布時間:
2025-10-15
陶瓷壓力傳感器是采用特種陶瓷材料，經特殊工藝精制而成的壓阻類型壓力傳感器。陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和震動的材料。陶瓷的熱穩定性及厚膜電阻可以使它工作溫度范圍高達-40℃～125℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度大于2KV，輸出信號強，長期穩定性好。
高特性、低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家陶瓷傳感器有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也有越來越多的用戶使用替代擴散硅壓力傳感器。
陶瓷壓力傳感器的基材都是Al2O3陶瓷，根據實現的原理可以分為電容式壓力傳感器和壓阻式壓力傳感器。
① 陶瓷電容式壓力傳感器
陶瓷電容式壓力傳感器是采用固定式陶瓷基座和可動陶瓷膜片結構，可動膜片通過玻璃漿料等方式與基座密封固定在一起。兩者之間內側印刷電極圖形，從而形成一個可變電容，當膜片上所承受的介質壓力變化時兩者之間的電容量隨之發生變化，通過調理芯片將該信號進行轉換調理后輸出給后級使用。陶瓷電容技術具有成本適中，量程范圍寬，溫度特性好、一致性、長期穩定性好等優勢。
▲陶瓷電容敏感元件結構示意圖
由于陶瓷膜片邊緣固定在陶瓷基座上，周邊支撐，受力時中間形變大，邊緣形變小，電容量產生非線性并使靈敏度降低。為了減少溫度影響和邊緣效應，設計時在陶瓷膜片上設置一圓形的單電極作為公共電極，陶瓷蓋板上設置雙電極并使面積相等，構成同軸環狀的雙電容傳感器。
▲陶瓷電容式壓力傳感器原理
中心為測量電容Cp，邊緣環形為參考電容Cr，Cr的外側是固支邊。后續的信號調理電路處理的是兩電容的壓差，利用方波激勵信號把Cp和Cr的變化量分別轉換為直流電壓輸出，通過兩輸出電壓的差值信號來測量外加壓力的大小。
雙電容結構大大減小了傳感器系統的非線性誤差，同時在環境溫度變化時，由于兩電容感受同一溫度的變化，溫度對它們產生的溫度效應是一致的，這就抵消了溫度變化帶來的測量誤差，實現溫度自補償的作用。
▲陶瓷電容式壓力傳感器（圖源網絡）
陶瓷電容壓力傳感器因其耐腐蝕、抗沖擊、無遲滯、介質兼容性強等優勢可以廣泛應用在水、氣、液多種介質的壓力檢測，尤其適合于汽車系統的惡劣環境下工作。針對物聯網及家電等壓力傳感器的新興應用市場，陶瓷電容抗沖擊優勢可以應用于供水管網的水壓測量，完美應對水錘效應；針對可變壓力的壓力煲應用，陶瓷電容平膜結構可以避免堵塞。
② 陶瓷壓阻式壓力傳感器
陶瓷壓阻式壓力傳感器主要由瓷環、陶瓷膜片和陶瓷蓋板三部分組成。陶瓷膜片作為感力彈性體，其上用厚膜工藝技術形成惠斯頓電橋作為傳感器的電路，由于電阻的壓阻（形變）效應，產生電壓信號。
▲陶瓷壓阻式壓力傳感器（圖源網絡）
厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），當壓力為零時，電橋處于平衡狀態，輸出端電壓為零；當施加壓力于電橋時，膜片產生形變導致電橋的四個電阻阻值發生變化，電橋處于不平衡狀態，產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號。由于電阻的壓阻（形變）效應，產生電壓信號。標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。
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